Estudio energético y exergético de un sistema de refrigeración por eyecto-compresión con doble IHX
DOI:
https://doi.org/10.37636/recit.v6n3e261Palabras clave:
Eyector, Refrigeración, Rendimiento, Energético, Exergético, IHXResumen
El presente trabajo analiza energética y exegéticamente, un ciclo de refrigeración por eyecto-compresión, en el que dos equipos de intercambio de calor son incluidos al sistema: 1) entre el condensador y el separador de líquido (IHX-1) y 2) entre el condensador y el evaporador (IHX-2), la cual es una configuración alternativa, y es definida como ERC+IHX-1+IHX-2. El efecto de la temperatura de evaporación y la efectividad de los intercambiadores de calor sobre el rendimiento energético, eficiencia exergética y las irreversibilidades en cada uno de los componentes del sistema son analizados para aplicaciones de refrigeración y acondicionamiento de aire. Para este estudio R134a es usado como fluido refrigerante. Los resultados muestran que al emplear la configuración propuesta y una efectividad en el IHX-1=80%, esta resulta ligeramente con mayor COP y mayor rendimiento exergético que la configuración operando a una efectividad en el IHX-2=80%. Sin embargo, la eficiencia exergética aumenta al disminuir la temperatura de evaporación. Los componentes que presentan las mayores contribuciones a la irreversibilidad en ambas configuraciones, son el condensador, compresor y evaporador; mientras que las menores contribuciones se presentan en la válvula de expansión y el IHX-1. Además, la configuración alternativa ERC+IHX-1+IHX-2 presenta una mayor eficiencia exergética y menores irreversibilidades, en comparación con las configuraciones ERC+IHX-1 y ERC+IHX-2 reportadas en la literatura.
Descargas
Citas
X. She, L. Cong, B. Nie, G. Leng, H. Peng, Y. Chen, X. Zhang, T. Wen, H. Yang, and Y. Luo. “Energy-efficient and-economic technologies for air conditioning with vapor compression refrigeration: A comprehensive review”. Appl. Energy, vol. 232, pp.157-86, 2018. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.067 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.067
IIR. “The Role of Refrigeration in the global economy”. 29th Informatory Note on Refrigerating Technologies, Nov. 2015. https://sainttrofee.nl/wp-content/uploads/2019/01/NoteTech_29-World-Statistics.pdf.
A. Gungor, M. Bayrak, and B. Beylergil. “In view of sustainable future energetic-exergetic and economic analysis of a natural as cogeneration plant”. Int. J. Exergy, vol. 12, pp. 109-118, 2013. https://doi.org/10.1504/IJEX.2013.052569 DOI: https://doi.org/10.1504/IJEX.2013.052569
X. Chen, S. Omer, M. Worall, and S. Riffat. “Recent developments in ejector refrigeration technologies”. Renew. Sust. Energ. Rev., vol. 19, pp. 629–651, 2013. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.028 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.028
H. Li, F. Cao, X. Bu, L. Wang, and X. Wang. “Performance characteristics of R1234yf ejector-expansion refrigeration cycle”. Appl. Energ., vol. 121, pp. 96-103, 2014. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.01.079
B.M. Tashtoush., M.A. Al-Nimr, and M.A. Khasawneh. “A compressive review of ejector design, performance and applications”. Appl. Energ., vol. 240, pp. 138-172, 2019. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.185 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.185
G. Besagni, R. Mereu, and F. Inzoli. “Ejector refrigeration: A compressive review”. Renew. Sust. Energ. Rev., vol. 53, pp. 373-407, 2016. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.08.059 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.08.059
J. Sarkar. “Ejector enhanced compression refrigeration and heat pump systems-A review”. Renew. Sust. Energ. Rev., vol. 16, pp. 6647-6659, 2012. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.08.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.08.007
K. Sumeru, H. Nasution, and F.N. Ani. “A review on two-phase ejector as an expansion device in vapor compression refrigeration cycle”. Renew. Sust. Energ. Rev., vol. 16, pp. 4927-4937, 2012. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.04.058 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.04.058
F. Wang, D.Y. Li, and Y. Zhou. “Analysis for the ejector used as expansion valve in vapor compression refrigeration cycle”. Appl. Therm. Eng., vol. 96, pp. 576-582, 2016. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.095 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.095
O.A. Jaramillo. “Intercambiadores de calor”. Centro de Investigaciones en Energía, Universidad Autónoma del Estado de México, pp. 1-33, 2007. https://www.ier.unam.mx/~ojs/pub/HeatExchanger/Intercambiadores.pdf
F.P. Incropera and D.P. DeWitt. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Editorial Pearson Prentice Hall, 2001.
Y. Cengel and M. Bole. Termodinámica. Octava edición. Editorial McGraw- Hill Education, 2015.
V. Pérez-García, D. Méndez-Méndez, J.M. Belman-Flores, J.L. Rodríguez-Muñoz, J.J. Montes-Rodríguez, and J.J. Ramírez-Minguela. “Experimental study influence of internal heat exchanger in a chest freezer using r-513a as replacement of r-134a”. Appl. Therm. Eng., vol. 204, 117969, 2022. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117969 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117969
R.A. Otón-Martínez, F. Illán-Gómez, J.R. García-Cascales, F.J.S. Velasco, and M. Reda Haddouche. “Impact of an internal heat exchanger on a transcritical CO2 heat pump under optimal pressure conditions: optimal-pressure performance of CO2 heat pump with IHX”. Appl. Therm. Eng., vol. 215, 118991, 2022. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118991 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118991
R. Cabello, D. Sánchez, R. Llopis, A. Andreu-Nacher, and D. Calleja-Anta. “Energy impact of the internal heat exchanger in a horizontal frizzing cabinet. Experimental evaluation with R454C, R455A, R468A, R290 and R1270”. Int. J. Refrig., vol. 137, pp. 22-33, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2022.02.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2022.02.007
A. Mota-Babiloni, J. Navarro-Esbrí, V. Pascual-Millares, A. Barragán-Cervera, and A. Maiorino. “Experimental influence of an internal heat exchanger (IHX) using R513A and R134a in vapor compression system”. Appl. Therm. Eng., vol. 147, pp. 482-491, 2019. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.10.092 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.10.092
A. Mota-Babiloni, J. Navarro-Esbrí, J.M. Mendoza-Miranda, and B. Peris. “Experimental evaluation of system modifications to increase R1234ze(E) cooling capacity”. Appl. Therm. Eng., vol. 111, pp. 786-792, 2017. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.09.175 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.09.175
A.G. Devecioglu and V. Oruc. “The influence of plate heat exchanger on energy efficiency and environmental effects of the air-conditioners using R453A as substitute for R22”. Appl. Therm. Eng., vol. 112, pp. 1364-1372, 2017. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.10.180 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.10.180
A. Mota-Babiloni, J. Navarro-Esbrí, A. Barragán-Cervera, F. Molés, and B. Peris. “Drop-in analysis of an internal heat exchanger in a vapour compression system using R1234ze(E) and R450A as alternative for R134a”. Energy, vol. 90, pp. 1636-1644, 2015. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.133 DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.133
R. Cabello, E. Torrella, R. Llopis, D. Sánchez, and J.A. Larumbe. “Energy influence of the IHX with R22 drop-in and long-term substitutes in refrigeration plants”. Appl. Therm. Eng., vol. 50, pp. 260–267, 2013. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.06.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.06.008
J. Navarro-Esbrí, F. Molés, and Á. Barragán-Cervera. “Experimental analysis of the internal heat exchanger influence on a vapour compression system performance working with R1234yf as a drop-in replacement for R134a”. Appl. Therm. Eng., vol. 59, pp. 153–161, 2013.
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.05.028 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.05.028
J.C.S. Garcia and M.S. Berana. “Theoretical evaluation of the effect of internal heat exchanger in standard vapor compression and compressor-driven ejector refrigeration systems”. In: Proceedings of the World Congress on Engineering WCE, II, 2017.
https://www.iaeng.org/publication/WCE2017/WCE2017_pp916-921.pdf
F. Moles, J. Navarro-Esbrí, A. Mota-Babiloni, and Á. Barragán-Cervera. “Theoretical energy performance evaluation of different single stage vapor compression refrigeration configurations using R1234yf and R1234ze(E) as working fluids”. Int. J. Refrig., vol. 44, pp. 141-150, 2014. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.04.025 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.04.025
S. Bakhshipour, M.S. Valipour, and Y. Pahamli. “Parametric analysis of domestic refrigerator using PCM heat exchanger”. Int. J. Refrig., vol. 83, pp. 1-13, 2017. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.07.014 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.07.014
C. Aprea, A. Greco, and A. Maiorino. “The substitution of R134a with R744: An exergetic analysis base on experimental data”. Int. J. Refrig., vol. 36, pp. 2148-2159, 2013. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.06.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.06.012
Z. Ma, X. Liu, H. Wang, H. Li, and X. Wang. “Off-design analysis of hydrocarbon-based ejector expansion refrigeration cycle”. Energy Proced., vol. 105, pp. 4685–4690, 2017. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1015 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1015
A.K. Al-Saayab, J. Navarro-Esbrí, and A. Mota-Babiloni. “Energy, exergy and environmental (3E) analysis of a compound ejector-heat pump with low GWP refrigerants for simultaneous data center cooling and district heating”. Int. J. Refrig., vol. 133, 61-72, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.09.036 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.09.036
Y. Zhang, X. Wei, and X. Qin. “Experimental study on energy, exergy, and exergoeconomic analyses of a novel compression/ejector transcritical CO2 heat pump system with dual heat sources”. Energ. Convers. Manage., vol. 271, 116343, 2022. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116343 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116343
J.L. Rodríguez-Muñoz, V. Pérez-García, J.M. Belman-Flores, J.F. Ituna-Yudonago, and A. Gallegos-Muñoz. “Energy and exergy performance of the IHX position in ejector expansion refrigeration systems”. Int. J. Refrig., vol. 93, pp. 122-131, 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.06.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.06.017
J. Cen, P. Liu, and F. Jiang. “A novel transcritical CO2 refrigeration cycle with two ejectors”. Int. J. Refrig., vol. 35, no. 8, pp. 2233-2239, 2012. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.07.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.07.001
Q. Chen, Y. Hwang, G. Yan, and J. Yu. “Theoretical investigation on the performance of an ejector enhanced refrigeration cycle using hydrocarbon mixture R290/R600a”. App. Therm. Eng., vol. 164, 114456, 2020. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114456 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114456
H. Rostamnejad Takleh and V. Zare. “Performance improvement of ejector expansion refrigeration cycles employing a booster compressor using different refrigerants: Thermodynamic analysis and optimization”. Int. J. Refrig., vol. 101, pp. 56-70, 2019.
https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.02.031 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.02.031
G. Yan, C. Cui, and J. Yu. “Energy and exergy analysis of zeotropic mixture R290/R600a vapor-compression refrigeration cycle with separation condensation”. Int. J. Refrig., vol. 53, pp. 155–162, 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.01.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.01.007
D. Méndez-Méndez, V. Pérez-García, J.M. Belman-Flores, J.M. Riesco-Ávila, J.M. Barroso-Maldonado. “Internal heat exchanger influence in operational cost and environmental impact of an experimental installation using low GWP refrigerant for HVAC conditions”. Sustainability, vol. 14, pp. 1-19, 2022. https://doi.org/10.3390/su14106008 DOI: https://doi.org/10.3390/su14106008
S.A. Klein. Engineering Equation Solver (EES), Version 10.2. F-chart Software 2020, Madison, USA. www.fchart.com
H. Li, F. Cao, X. Bu, L. Wang, and X. Wang. “Performance characteristics of R1234yf ejector-expansion refrigeration cycle”. App. Energ., 121, 96-103, 2014. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.01.079 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.01.079
J. Yu, H. Chen, Y. Ren, Y. Li. “A new ejector refrigeration system with an additional jet pump”. App. Therm. Eng., vol. 26, no. 2-3, pp. 312-319, 2006. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.04.018 DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.04.018
E. Nehdi, L. Kairouani, and M. Bouzaina. “Performance analysis of the vapour compression cycle using ejector as an expander”. Int. J. Energ. Res., vol.31, pp. 364-375, 2006. https://doi.org/10.1002/er.1260 DOI: https://doi.org/10.1002/er.1260
M. Yari. “Exergetic analysis of the vapour compression refrigeration cycle using ejector as an expander”. Int. J. Exergy, vol. 5, pp. 326–340, 2008. https://doi.org/10.1504/IJEX.2008.018114 DOI: https://doi.org/10.1504/IJEX.2008.018114
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Categorías
Licencia
Derechos de autor 2023 José Luis Rodríguez Muñoz , José Sergio Pacheco Cedeño, César Manuel Valencia Castillo, José de Jesús Ramírez Minguela
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
- Los autores/as conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la licencia de atribución de Creative Commons 4.0, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
- Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as a compartir su trabajo en línea (por ejemplo: en repositorios institucionales o páginas web personales) antes y durante el proceso de envío del manuscrito, ya que puede conducir a intercambios productivos, a una mayor y más rápida citación del trabajo publicado (vea The Effect of Open Access).